贵阳城市建设工程集团有限责任公司
摘要:近几年,国内外高层建筑发展迅速,现代高层建筑越建越高,向着体型复杂、功能多样的综合性方向发展[1]。从建筑功能上看,上部需要较多墙体以满足小开间的旅馆和住宅;中部需要较小的室内空间,以满足办公用房的功能要求;下部则需要尽可能大的自由灵活的大空间,尽量减少墙体,以满足商场、餐厅等公用设施的功能要求。而这些功能要求正好与下部结构墙体多、柱网密、受力大、刚度大,上部墙柱少受力小的受力特点相反[2]。因此,为了实现这种结构布置,就必须在结构形式转换的楼层设置转换构件,即转换层结构。目前,这类建筑已成为现代高层建筑发展的一种趋势。
一、 技术解析
1、采用BIM指导施工
采用TEKLA Structures[6]专业钢结构建模深化设计软件对钢柱进行建模分析,主要对型钢混凝土斜交转换柱吊装施工过程进行模拟,明确钢构分段及吊装方式,确保节点施工质量。对劳务作业人员采用三维技术交底,使其提高型钢混凝土斜交转换柱施工效率。三维模型见图2.1-1。
图2.1-1 型钢混凝土斜交转换柱BIM三维模型
2、采用连接板进行梁柱节点型钢—箍筋连接
进行三维节点碰撞检查,根据碰撞问题报告,提出采用连接板进行梁柱节点区域型钢—箍筋的连接方式,减少了型钢加工过程中的开孔,提高了施工现场箍筋连接的施工效率,确保了节点的施工质量。
3、 采用楼板预埋钢筋斜向加固斜交转换柱
斜交转换柱模板加固过程中,采用在斜交柱下方楼板中预埋C20短钢筋的方式斜向加固斜交转换柱,确保斜交转换柱加固牢固,架体稳定。
三、型钢混凝土斜交转换柱施工工艺及操作要点
型钢混凝土斜交转换柱施工工艺流程主要分为:型钢柱的深化设计、型钢柱加工制作、型钢柱吊装、焊接及检测、钢筋绑扎、模板加固及混凝土浇筑,其主要工艺流程如图5-1所示:
图5-1 型钢混凝土斜交转换柱施工工艺流程图
1、型钢柱的深化设计
根据结构施工蓝图及钢结构相关规范,对钢结构部分进行深化设计,主要以吊装方便、施工时间短、现场焊接量少、施工质量可控为原则,同时考虑降低混凝土浇筑难度等问题。深化设计完成后,经设计院审核确认,作为加工、施工依据。
2、型钢柱的制作
型钢柱在工厂根据深化设计图制作成型,做好外观及焊缝探伤检测后方可出厂,工厂加工制作流程如图5.2-1。在钢结构施工前进行型钢柱组装、焊接工艺评定,并对组装试件进行检查,合格后方可施工。
图5.2-1 H型钢柱制作流程示意图
3、 型钢柱的安装
3.1型钢柱分段
贵阳花果园R1区7#楼,转换层每层8根斜交转换柱,为方便安装,确保安装精度,将斜交转换柱型钢柱(四层、机电夹层、五层、共三层,高12.05m)合成整体考虑,斜柱上下端与中间部分分离,如图5-3.1-1,斜交转换柱分为1、2、3、4共四部分,斜交转换柱起脚部分与钢管叠合柱在工厂焊接,斜交转换柱分为段1和段2,分段位置在6层板面(斜交转换柱节点)以下1.8m。
图5.3.1-1 型钢柱分段示意图
4、 斜交转换柱的钢筋安装
利用三维软件模型,根据施工蓝图,按照钢筋大小、定位、间距对斜交转换柱钢筋放样,在模型中根据碰撞情况对受到钢柱、钢梁、加腋钢结构等影响的钢筋进行优化。
5、型钢混凝土斜交转换柱模板安装及加固
斜交转换柱尺寸为1400mm×1600mm,加固方式同钢管叠合柱加固方式:柱模板采用15mm 厚高强度覆面木胶合板,次楞用钢管,间距200mm;柱箍采用双槽钢(10#),竖向间距500mm,M20螺杆四角加固,加配套螺母加固,双螺帽,主楞起步步距为200mm,其余步距为500mm,如图5.5-1所示。
型钢叠合柱和斜交转换柱节点处,沿叠合柱高度500mm布置柱箍加固,节点最大边长3.4m,边长大于1.6m时,中间加设2道M16对拉螺杆,与型钢焊接。沿柱宽布置三根钢管斜向加固。回顶钢管采用水平杆连接成整体,为保证斜向钢管整体性及均匀受力,避免钢管滑移,在混凝土板面预埋短钢筋,将斜向支撑钢管套在板面钢筋上。
图5.5-1 型钢混凝土斜交转换柱模板安装及加固示意图
6、型钢混凝土斜交转换柱混凝土浇筑
斜交转换柱钢筋较密,且混凝土为斜向流下,易离析。经与设计沟通,将C60混凝土改为C60自密实混凝土浇筑。浇筑过程中安排工人在柱模板外侧用小锤敲击,确保浇筑密实。
根据混凝土侧压力计算结果,54o斜交转换柱混凝土浇筑顺序如下:
1、从柱底向上浇筑,先浇钢管叠合柱,后浇斜交转换柱;
2、第一段浇筑高度为斜交转换柱分叉位置高10cm,浇筑高度约1.7m;
3、其余分段浇筑高度为1m,分三次浇筑至梁底,如图5.6-1所示;
图5.6-1 斜交转换柱混凝土浇筑示意图 图5.6-2 角柱混凝土浇筑示意图
四 结论
(一)采用TEKLA Structures
专业钢结构建模深化设计软件随钢柱进行建模分析得出,型钢施工过程中采用连接板进行梁柱节点型钢-箍筋连接和采用楼板预埋斜向加固斜交连接柱,能够有效的的提高施工效率和节点的施工质量。
(二)通过贵阳花果园R1区7楼施工案例,分析了型钢混凝土斜交转换柱的施工工艺和操作要点,得出:型钢柱的制作应做好外观及焊缝探伤检测、斜交转换柱的钢筋安装应根据软件模型对钢柱、钢梁、加腋钢结构进行优化、型钢模板安装的要点以及混凝土的浇筑形式。
参考文献
[1]沈萍. 钢筋混凝土错列剪力墙结构的试验研究与理论分析[D].苏州科技学院,2007.
[2]蔡绍怀.我国钢管混凝土结构技术的最新进展[J].土木工程学报,1999(04):16-26.
[3]郑皓予. BIM技术在钢结构施工进程中的研究应用[D].大连理工大学,2018.
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